高速铁路桥梁设计与施工

高速铁路桥梁设计与施工吴定俊，李奇同济大学桥梁工程系2010.1.24主要内容世界各国高速铁路发展简介1高速铁路桥梁的主要特点2高速铁路桥梁结构与构造4高速铁路桥梁施工与制造5高速铁路桥梁技术发展展望6高速铁路桥梁设计荷载与设计标准3世界各国高速铁路发展简介1高速铁路的定义•UIC（国际铁道联盟）–高速铁路•新建铁路的设计速度达到250公里/小时以上•经升级改造（直线化、轨距标准化）的铁路，其设计速度达到200公里/小时，甚至达到220公里/小时–高速铁道机车车辆•商业营运速度最少达到250公里/小时的高速动车组列车•商业营运速度较低（200公里/小时），但服务质量较高的列车，例如摆式列车•商业营运速度达到200公里/小时的传统机辆模式（铁路机车牵引铁路车辆）铁路列车UIC对“高速铁路”并无固定的定义，各国可以根据自身情况确定本国“高速铁路”的概念。高速铁路的定义•UC（欧盟）–高速铁路•新建铁路的容许速度达到250公里/小时或以上•经升级改造的铁路，其容许速度达到200公里/小时–高速铁道机车车辆•在新建高速铁路上，运行速度最少达到250公里/小时，并在可能的情况下达到300公里/小时•在既有线或经升级改造的高速铁路上，运行速度达到200公里/小时高速铁路的定义•其他国家–日本•作为世界上最早开始发展高速铁路的国家，日本政府在1970年发布第71号法令，对高速铁路的定义是，凡一条铁路的主要区段，列车的最高运行速度达到200公里/小时或以上者，可以称为高速铁路–美国•通常指营运速度高于160公里/小时的铁路服务高速铁路的定义•我国–铁路分4个等级•Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级、客运专线–高速铁路•客运专线：时速200至350km/h以客运为主的铁路•城际铁路：短距的大城市间客运专线（京津）•高速铁路：长距离高标准客运专线（武广、京沪）高速铁路列车技术•TGV技术–法国：TGV–法国、英国、比利时：欧洲之星–法国、比利时、荷兰、德国：Thalys–西班牙:AVE–韩国：KTX–美国：ACELA–中国：CRH3（ICE3/VelaroE）高速铁路列车技术•ICE技术–德国：ICE(IntercityExpress)–德国、比利时、荷兰、瑞士、奥地利：ICE(IntercityExpress)–中国:CRH(ChinaRailwayHigh-speed)•新干线技术–日本：新干线–台湾：台湾高铁–中国：CRH2（E2-1000）高速铁路列车技术•摆式列车–意大利、芬兰、葡萄牙、捷克、斯洛文尼亚、英国：Pendolino–瑞典：X2000–瑞士:ICN–意大利、瑞士:EurostarItalia–美国:Acela–加拿大:LRC高速铁路发展历程•第一次浪潮：1964年~1990年–1964年10月，日本修建了从东京到大阪的全长515.4公里的东海道新干线，运营速度高达210公里/小时，这标志着世界高速铁路新纪元的到来。随后法国、意大利、德国纷纷修建高速铁路。继东海道之后，日本又修建了山阳、东北和上越新干线；法国修建了东南TGV线、大西洋TGV线；意大利修建了罗马至佛罗伦萨。高速铁路发展历程•第二次浪潮：1990年至90年代中期–法国、德国、意大利、西班牙、比利时、荷兰、瑞典、英国等欧洲大部分国家，大规模修建本国或跨国界高速铁路，逐步形成了欧洲高速铁路网络。高速铁路发展历程•第三次浪潮：从90年代中期至今–在亚洲（韩国、中国台北、中国）、北美洲（美国）、澳洲（澳大利亚）世界范围内掀起了建设高速铁路的热潮。世界高速铁路建设国家或地区开通时间线路延长（km）最高运营速度（km/h）日本1964-20042365.4260-300法国1983-20011579270-350德国1991-2003881280-300意大利1990-2009889.6250-300西班牙1992-20041071300-350比利时1998-2005183300澳大利亚2003270320韩国2004420300中国台湾2007345300中国大陆2003-20093888200-350世界各国已建成并投入运营的高速铁路我国高速铁路规划•“五纵”客运专线–（1）北京—上海：全长约1450km–（2）北京—武汉—广州—深圳—香港：全长约2360km–（3）北京—沈阳—哈尔滨（大连）：全长约1700km–（4）杭州—宁波—福州—深圳：全长约1600km–（5）北京—合肥—福州—（台北）：北京至福州全长约813km我国高速铁路规划•“四横”客运专线–（1）徐州—郑州—兰州：全长约1400km–（2）杭州—南昌—长沙：全长约880km–（3）青岛—石家庄—太原：全长约770km–（4）上海—南京—合肥—武汉—重庆—成都（沪汉蓉高速铁路）：全长约全长2078km我国高速铁路规划•几个重要路段客运专线–向莆铁路：自南昌枢纽引出，经江西抚州、福建沙县至莆田（福州），全长约560km。这条铁路将构成我国中西部地区至东南沿海新的、路程更短的通道–九江南昌、海南东环、南京杭州、南京安庆、成棉峨、长春吉林等客运专线铁路我国高速铁路规划•区域城际铁路交通–（1）长三角：以上海、南京、杭州为中心，形成“Z”字型主骨架，连接沪宁杭周边重要城镇的城际铁路客运网络。–（2）珠三角：以广深、广珠；两条客运专线为主轴，形成“A”字型线网，辐射广州、深圳、珠海等9个大中城市，构建包括港澳在内的城市1h经济圈。–（3）环渤海：以北京、天津为中心，北京—天津为主轴进行建设，形成对外辐射通路。我国高速铁路规划•按照我国近期高速铁路规划，到2012年，我国将建成客运专线42条，总里程1.3万公里，其中时速250公里的线路有5000公里，时速350公里的线路有8000公里。•到2020年,中国200公里及以上时速的高速铁路建设里程预计将超过1.8万公里,将占世界高速铁路总里程的一半以上。我国高速铁路建设线路名称开通时间线路延长最高设计速度（km/h）状态秦沈客运专线2003.10404200已通车京津城际2008.8116.6350已通车胶济客运专线2008.12362.5250已通车石太客运专线2009.4357250已通车合武客运专线2009.4357250已通车甬台温铁路2009.9279200已通车温福客运专线2009.9298.4200已通车郑西客运专线2009.9458350试运行武广客运专线2009.12995350已通车福厦客运专线2009.12260.4350已通车中国大陆已建成的高速铁路我国高速铁路建设线路名称开通时间线路延长最高设计速度（km/h）状态京沪高速铁路20111318350建设中京哈客运专线2011-?1700350建设中京港客运专线20122360350建设中京福客运专线2013813350建设中广珠城际铁路2011177200建设中长吉客运专线2010108300建设中昌九城际铁路2010114200建设中海南东环客运专线2010302250建设中中国大陆建设中高速铁路高速铁路桥梁的主要特点2舒适性安全性造价与运营费用对桥梁结构的要求对环境的影响对车辆的要求普速VS高速安全性与舒适性•高速、高密度行车下安全性解决方法–列车自动控制系统–自然灾害报警系统–列车、线路与结构高标准设计–线路与结构养护维修安全性与舒适性•高速条件下舒适性解决方法–列车、线路与结构高标准设计•桥梁结构的刚度设计通常以行车舒适性控制–线路与结构养护维修•严格控制轨道初始不平顺和工后变形•周期修理，更换钢轨、道床•轨道不平顺养护维修标准与限速标准•长波不平顺主要影响舒适度，短波不平顺主要影响轮轨动荷载高速铁路桥梁的要求与特点•所占线路比例大、高架长桥多–日本：48%–德国：8%–韩国：33%–京沪：86.5%–秦沈：14.7%–武广：52.4%桥长类别武汉至乌龙段乌龙至韶关段韶关至花都段花都至广州段桥全长(m)座数桥全长(m)座数桥全长(m)座数桥全长(m)座数20≤L＜10044.417955.8851404.91700100≤L＜500935.9478093.429711524.044340.561500≤L＜10001692.8267718.29257511.436001000≤L＜30008981.65112452.07221796.7154197.423000≤L26792.9556259.61223291.5433571.04汇总38447.717322479.0558115528.511638108.957桥梁比例(％)82.1345.0988.1889.18武广客运专线桥梁分布表高速铁路桥梁的要求与特点•刚度大、整体性好–高速铁路桥梁设计主要由刚度控制–尽量采用预应力混凝土梁，梁高大•优点：刚度大、噪音小、温度变化引起结构变形对线路影响少、养护工作量小、造价低–尽量选用刚度大的结构体系，如连续梁、刚架桥、拱桥和斜拉桥–采用大直径桩基础–限制徐变上拱和不均匀温差引起的结构变形高速铁路桥梁的要求与特点•中小跨度简支梁为主，大跨度采用连续梁，特大跨度则以公铁两用为优–日本新干线•钢板梁最大跨度54m，钢桁梁最大跨度79m•PC混凝土简支梁最大跨度67m，PC连续梁最大跨度110m，混凝土斜拉桥最大跨度135m–法国•小跨度25m以下较多•中等跨度采用混凝土连续梁，跨度40-80m高速铁路桥梁的要求与特点•中小跨度简支梁为主，大跨度采用连续梁，特大跨度则以公轨合建为优–秦沈•24m跨度作为常用跨度•预应力混凝土连续梁最大跨度80m–武广•以32m简支箱梁为主，24m简支箱梁调整跨度用•尽量采用标准跨度的连续梁，即：（32＋48＋32）m；（40＋56＋40）m；（40＋64＋40）m、（48＋80＋48）m、（60＋100＋60）m五种类型的三跨连续梁桥名主跨结构型式轨道类型有无钢轨温度伸缩调节器跨环城高速特大桥(99+242+99)m连续钢桁拱有砟有流溪河特大桥（84+168+84）m连续刚构无砟-汀泗河特大桥140m钢箱系杆拱无砟-东湖特大桥112m提篮拱无砟-胡家湾特大桥112m提篮拱无砟-梁家湾特大桥112m提篮拱无砟-跨环城高速特大桥(42+3x76+42)m连续刚构无砟-黄土湾大桥(70+70)mT构无砟-武广客运专线主要特殊桥梁统计表桥名国别建成年份跨度（m）运营载荷桥式说明吾妻川B日本1982109.5双线连续刚构上越新干线，109.5+109.5格明登美因河桥德国1983135双线连续刚构PC梁、V型腿，250km/h伊格尔斯泰桥瑞典1994158双线连续刚构PC梁，客货混，250km/h高速铁路Medway桥英国2002152.4双线连续刚构PC箱梁，300km/h流溪河特大桥中国2009168双线连续刚构武广，（84+168+84）mPC梁，350km/h国内外已建成高速铁路特大桥一览表——混凝土梁式桥桥名国别建成年份跨度（m）运营载荷桥式说明第二阿武隈川B日本1982105双线连续梁东北新干线，104.9+3×105+104.9太田川B日本1982110双线连续梁上越新干线,55.4+110.0+55.4高速铁路Ebro河桥西班牙2002120双线连续梁PC敞顶箱梁腹板园孔，350km/hAvignon高架桥法国100双线连续梁地中海高速线高速铁路Diep桥荷兰2003105双线连续梁带V型腿结合梁，联长1190m，260km/h国内外已建成高速铁路特大桥一览表——混凝土梁式桥桥名国别建成年份跨度（m）运营载荷桥式说明陆水特大桥王灌冲大桥跨环城高速特大桥流溪河特大桥中国2009125双线连续梁武广，(70+125+70)m连续梁，350km/h陈村水道特大桥中国2009125四线连续梁武广，(60+125+60)m四线连续梁衡阳湘江特大桥中国2009116双线连续梁武广，(64+4×116+64)m连续梁，350km/h株洲西湘江特大桥中国2009100双线连续梁武广，(60+5x100+60)m连续梁，350km/h沪蓉高速公路特大桥流溪河特大桥中国2009100双